Океанический спутник Сатурна Энцелад способен поддерживать жизнь

С 2004 по 2017 год «Кассини», совместная миссия НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства, исследовала Сатурн, его кольца и спутники. Кассини представил впечатляющие результаты. Энцелад, диаметр которого составляет всего 313 миль (504 километра), таит под своей ледяной корой океан жидкой воды, который покрывает всю луну.

Гейзеры на южном полюсе Луны выбрасывают в космос частицы газа и льда, образовавшиеся из океанской воды.

Хотя инженеры «Кассини» не собирались анализировать ледяные зерна, которые Энцелад активно выбрасывал, они установили на космическом аппарате анализатор пыли. Этот прибор измерял выброшенные ледяные зерна по отдельности и сообщал исследователям состав подземного океана.

Как планетолога и астробиолога, изучающего ледяные зерна Энцелада, меня интересует, есть ли жизнь на этой или других ледяных лунах. Я также хочу понять, как ученые вроде меня смогли ее обнаружить.

Ингредиенты для жизни

Как и земные океаны, океан Энцелада содержит соль, большую часть которой составляет хлорид натрия, широко известный как поваренная соль. Океан также содержит различные соединения на основе углерода, и в нем происходит процесс, называемый приливным нагревом, который генерирует энергию на Луне. Жидкая вода, углеродные химические соединения и энергия — вот ключевые ингредиенты жизни.

В 2023 году я и другие ученые обнаружили в зернах льда, доставленных из океана Энцелада, фосфат — еще одно вещество, поддерживающее жизнь. Фосфат, одна из форм фосфора, жизненно важен для всего живого на Земле. Он входит в состав ДНК, клеточных мембран и костей. Впервые ученые обнаружили это соединение во внеземном водном океане.

Каменистое ядро Энцелада, вероятно, взаимодействует с водным океаном через гидротермальные источники. Эти горячие, похожие на гейзеры структуры выступают со дна океана. Ученые предполагают, что именно в такой среде могла зародиться жизнь на Земле.

Обнаружение потенциальной жизни

До сих пор никому не удавалось обнаружить жизнь за пределами Земли. Но ученые сходятся во мнении, что Энцелад — очень перспективное место для поиска жизни. Как же начать поиски?

В работе, опубликованной в марте 2024 года, мы с коллегами провели лабораторные испытания, в ходе которых смоделировали, смогут ли приборы для анализа пыли на космическом аппарате обнаружить и идентифицировать следы жизни в выброшенных ледяных зернах.

Чтобы смоделировать обнаружение ледяных зерен анализаторами пыли в космосе, мы использовали лабораторную установку на Земле. С помощью этой установки мы направили крошечный пучок воды, содержащей бактериальные клетки, в вакуум, где пучок распался на капли. Теоретически каждая капля содержала одну бактериальную клетку.

Затем мы обстреляли отдельные капли лазером, что привело к образованию заряженных ионов из воды и клеточных соединений. Мы измерили заряженные ионы с помощью метода, называемого масс-спектрометрией. Эти измерения помогли нам предсказать, что должны обнаружить приборы анализатора пыли на космическом аппарате, если они найдут бактериальную клетку, содержащуюся в крупинке льда.

Мы обнаружили, что эти инструменты хорошо справляются с идентификацией клеточного материала. Приборы, предназначенные для анализа отдельных ледяных зерен, должны быть способны идентифицировать бактериальные клетки, даже если ледяное зерно из такого гейзера, как Энцелад, содержит всего 0,01% компонентов одной клетки.

Анализаторы смогут улавливать ряд потенциальных признаков клеточного материала, включая аминокислоты и жирные кислоты. Обнаруженные аминокислоты — это либо фрагменты клеточных белков, либо метаболиты — небольшие молекулы, участвующие в химических реакциях внутри клетки. Жирные кислоты — это фрагменты липидов, из которых состоят клеточные мембраны.

В наших экспериментах мы использовали бактерию Sphingopyxis alaskensis. Клетки в этой культуре очень крошечные — такого же размера, как клетки, которые могли бы поместиться в ледяных зернах, выброшенных с Энцелада. Помимо своего маленького размера, эти клетки любят холодную среду, и для выживания и роста им требуется всего несколько питательных веществ, как, вероятно, и должно было бы быть у жизни, адаптированной к условиям океана Энцелада.

Специальный анализатор пыли на «Кассини» не обладал аналитическими возможностями для определения клеточного материала в ледяных зернах. Однако ученые уже разрабатывают приборы с гораздо большими возможностями для будущих миссий к Энцеладу. Результаты наших экспериментов послужат основой для планирования и проектирования этих приборов.

Будущие миссии

Энцелад — одна из главных целей для будущих миссий НАСА и Европейского космического агентства. В 2022 году НАСА объявило, что миссия к Энцеладу является второй по приоритету при выборе следующих крупных миссий — миссия к Урану имеет наивысший приоритет.

Европейское агентство недавно объявило, что Энцелад станет главной целью его следующей большой миссии. В состав миссии, вероятно, войдет высокопроизводительный анализатор пыли для анализа ледяных зерен.

Энцелад — не единственная луна с океаном жидкой воды. На спутнике Юпитера — Европе — тоже есть океан, который покрывает всю луну под ледяной корой. Ледяные зерна на Европе плавают над поверхностью, и некоторые ученые считают, что на Европе могут быть гейзеры, как на Энцеладе, которые выбрасывают зерна в космос. Наше исследование также поможет изучить ледяные зерна с Европы.

Миссия НАСА Europa Clipper посетит Европу в ближайшие годы. Запуск «Клипера» запланирован на октябрь 2024 года, а прибытие к Юпитеру — на апрель 2030 года. Один из двух масс-спектрометров космического аппарата, анализатор пыли SUrface, предназначен для анализа отдельных зерен льда.

Наше исследование показывает, что этот прибор сможет обнаружить даже крошечные фракции бактериальных клеток, если они присутствуют всего в нескольких испускаемых ледяных зернах.

Учитывая планы этих космических агентств на ближайшее будущее и результаты нашего исследования, перспективы предстоящих космических полетов к Энцеладу или Европе невероятно захватывающие. Теперь мы знаем, что с помощью существующих и будущих приборов ученые смогут выяснить, есть ли жизнь на одной из этих лун.

Фабиан Кленнер, постдокторант в области наук о Земле и космосе, Вашингтонский университет.